CN117336655A - 一种微机电系统麦克风、麦克风阵列和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种微机电系统麦克风、麦克风阵列和电子设备。微机电系统麦克风包括具有声腔的基板，所述基板上设置有通孔；多个阵列式分布的振膜结构，所述振膜结构与所述通孔连接；覆盖所述振膜结构的背板。通过使用多个独立振膜结构在基板上阵列排布，并且配合声腔满足微机电系统麦克风功能的使用；阵列密排在基板上的多个单独的可以进行声电转化的振膜结构，无论声音由何种方向传播均可以减少相位差对声音产生影响，提高微机电系统麦克风的灵敏度，并且多个阵列振膜结构，间接增大微机电系统麦克风振膜面积，增强传声效果。

Description

一种微机电系统麦克风、麦克风阵列和电子设备

技术领域

本发明涉及声电技术领域，特别是涉及一种麦克风、一种麦克风阵列和一种电子设备。

背景技术

微机电系统麦克风，即为MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)麦克风；是一种利用微电子机械加工技术制作出来的电能换声器，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。随着电子设备的小巧化、轻薄化发展，MEMS麦克风被越来越广泛地运用到这些设备上。

在相关技术中，在新型高灵敏度的MEMS麦克风振膜设计中，主要通过在MEMS麦克风中设置单个振膜，对振膜的主体部、锚定部等振膜结构方面进行设计，以此直接增大振膜的面积，从而达到增大MEMS麦克风灵敏度的目的。但是由于振膜结构的面积增大，会直接导致MEMS麦克风的体积增大，并且由于振膜的面积增大，对于微弱声音，或者较远距离传来的声音振动效果不明显，存在吸膜现象，可见对于MEMS麦克风的灵敏度提升效果不佳。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种微机电系统麦克风、相应的一种麦克风阵列和一种电子设备。

在本发明的第一个方面，本发明实施例公开了一种微机电系统麦克风，包括：

具有声腔的基板，所述基板上设置有通孔；

多个阵列式分布的振膜结构，所述振膜结构与所述通孔连接；

覆盖所述振膜结构的背板。

可选地，所述振膜结构上设置有泄气孔，

所述泄气孔在声压大于预设阈值时打开。

可选地，所述振膜结构上设置有环形的褶皱，

所述环形的褶皱用于提供所述振膜结构的振动行程。

可选地，所述褶皱的圈数为十圈。

可选地，所述背板的数量为一个，所述振膜结构共用所述背板。

可选地，所述背板的数量与所述振膜结构的数量相同，

所述背板覆盖对应的振膜结构；

所述背板之间相互连接。

可选地，所述背板上设置有阻尼孔，

所述阻尼孔用于缓冲所述振膜结构的压差。

可选地，所述声腔的数量与所述振膜结构的数量相同，

所述声腔用于传递对应振膜结构的振动。

可选地，所述声腔的数量为一个，

所述声腔用于传递所述振膜结构的振动。

可选地，所述阵列式分布包括蜂窝式阵列、环形阵列和矩形阵列中的至少一种。

可选地，所述背板为圆形、或矩形、或六边形。

可选地，所述背板为半导体材质。

可选地，所述振膜结构为绝缘材质。

在本发明的第二方面，本发明实施例还公开了一种麦克风阵列，包括如上所述的微机电系统麦克风。

在本发明的第三方面，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括如上所述的微机电系统麦克风。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例通过具有声腔的基板，所述基板上设置有通孔；多个阵列式分布的振膜结构，所述振膜结构与所述通孔连接；覆盖所述振膜结构的背板组合成微机电系统麦克风，通过在同一基板上设置多个独立的振膜结构，振膜结构阵列密排布，使得各个方向传播的声音均可以减少相位差对声音产生影响，保证了微电机系统麦克风的收音更加细腻，提高微电机系统麦克风的灵敏度；并且多个阵列振膜结构，间接增大微电机系统的振膜面积，有效避免粘连、吸膜现象的发生，降低微电机系统麦克风的故障率，并且由于振膜结构阵列排布的样式多样，不局限于单一振膜的布局，微电机系统麦克风的整体的尺寸可以更微型化，可以更好地应用于产品中。并且在总振膜面积相同情况下，针对同一声压环境下，可以提升微机电系统麦克风振膜的总位移，从而提高了微机电系统麦克风的收音灵敏度。

附图说明

图1是本发明的一种微机电系统麦克风实施例一的结构示意图；

图2是本发明的一种振膜结构分布示意图；

图3是本发明的另一种振膜结构分布示意图；

图4是本发明的一种振膜结构阵列示意图；

图5是本发明的另一种振膜结构阵列示意图；

图6是本发明的一种微机电系统麦克风实施例二的结构示意图；

图7是本发明的一种微机电系统麦克风实施例二的结构俯视图；

图8是本发明的一种微机电系统麦克风实施例三的结构示意图；

图9是本发明的一种微机电系统麦克风示例的轴侧图；

图10是本发明的一种微机电系统麦克风示例的主视图；

图11是本发明的一种微机电系统麦克风示例的侧视图；

图12是本发明的一种微机电系统麦克风示例的局部放大图。

附体标记说明：100-基板、110-声腔、200-振膜结构、210-泄气孔、220-褶皱、300-背板、310-阻尼孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在相关技术中，微机电系统麦克风设计主要通过在振膜的主体部、锚定部等振膜结构方面进行设计改进，通过阵列排布间接增大麦克风振膜面积，从而达到增大微机电系统麦克风灵敏度的目的。而本发明实施例的核心构思之一在于，对振膜结构进行阵列设计，以提高微机电系统麦克风的灵敏度。

参照图1，示出了本发明的一种微机电系统麦克风实施例一的结构示意图，具体可以包括：基板100、振膜结构200和背板300。

基板100为承载主体，基板100的平面上设置有若干个通孔，该通孔的尺寸与振膜结构200的尺寸匹配，以使振膜结构200可以放置于通孔中。在基板100的一侧有若干个凸块或凸缘，凸块或凸缘之间形成开放式的声腔110。进一步地，声腔110的数量可以与振膜结构200的数量相同，即每一个振膜结构200具有对应的一个声腔110，振膜结构200的振动都可以通过对应的声腔110进行传递。如图3所示，基板100下方具有四个凸块，两个凸块之间形成一个声腔110；每一个声腔110与其上方对应的振膜结构200连接，传递对应的振膜结构200的振动。

其中，基板100可以采用硅材质，在加工过程可以通过在硅晶圆上刻蚀基板100对应的形状，从而生成基板100。对于硅晶圆可以是单晶硅晶圆，也可以是多晶硅晶圆，本发明实施例对此不作具体限定。

在基板100上，可以放置振膜结构200，振膜结构200用于将声波转换为电能实现声电转化。振膜结构200的数量为多个，每一个振膜结构200均为独立的振膜结构200，即每一个振膜结构200可以用于声电转化。每个振膜结构200都放置于基板100的通孔上，振膜结构200通过与对应的通孔固定连接，从而实现振膜结构200与基板100的连接。每个振膜的结构的尺寸可以相同，即采用单一尺寸的振膜结构200；在有特殊需求时，可以采用两种或以上不同尺寸的振膜结构200，设置于基板100上。本发明实施例不作限定。

对于振膜结构200的数量，可以根据微机电系统麦克风的整体尺寸和性能要求进行设置，如5个、6个、7个、12个、19个等等，对于振膜结构200的数量不作具体限定。为了可以清晰对振膜结构200的数量，举出几个示例进行说明，可以参照图2，示出了本发明的一种振膜结构200分布示意图；在图2中振膜结构200的数量为5个，阵列式排布在基板100上。也可以参照图3，示出了本发明的另一种振膜结构200分布示意图，在图3中振膜结构200的数量为19个，19个相同尺寸的振膜结构200紧密分布在基板100上。

多个振膜结构200在基板100上成阵列式分布，以使振膜结构200在基板100上更加紧密。具体地，对于振膜结构200的阵列可以是蜂窝式阵列、环形阵列和矩形阵列中的至少一种。为了可以更直观的说明上述阵列方式，可以参照图3，图3中的振膜结构200阵列的方式为蜂窝式阵列，全部振膜结构200以蜂窝式的排布，形成一个外形为六边形，内部紧密排布的排列方式。也可以参照图4，示出了本发明实施例的一种振膜结构200阵列示意图，图4中多个振膜结构200为环形阵列，单圈环形内的振膜结构200处于相同的圆周平面上，各圈环形具有相同的圆心，以此形成环形阵列。还可以参照图5，示出了本发明实施例的另一种振膜结构200阵列示意图，在图5中多个振膜结构200按照行和列进行排布，形成矩形阵列，需要说明的是，矩形阵列的行数和列数可以根据需求设置，行数和列数可以相同，也可以不相同，本发明实施例不作具体限定。

在振膜结构200远离基板100的一侧上设置背板300，背板300覆盖于振膜结构200上。背板300与振膜结构200之间形成一个内腔，且背板300在远离振膜结构200的一侧隆起，使得背板300与振膜结构200的内腔可以增大。振膜结构200与背板300相互平行，构成了平板电容系统。当声波气流进入背板300和振膜结构200之间的内腔时，声压作用于振膜结构200引起振膜运动，通过这种运动改变薄膜与背板300之间的距离，进而改变电容并最终转化为电信号，最终实现微机电系统麦克风的相应功能。

本发明实施例通过具有声腔110的基板100，所述基板100上设置有通孔；多个阵列式分布的振膜结构200，所述振膜结构200与所述通孔连接；覆盖所述振膜结构200的背板300组合成微机电系统麦克风，通过在同一基板100上设置多个独立的振膜结构200，振膜结构200阵列密排布，使得各个方向传播的声音均可以减小相位差对声波的影响，保证了微电机系统麦克风的收音更加细腻，提高微电机系统麦克风的灵敏度；并且多个阵列振膜结构200，间接增大微电机系统的振膜面积，有效避免粘连、吸膜现象的发生，降低微电机系统麦克风的故障率，并且由于振膜结构200阵列排布的样式多样，不局限于单一振膜的布局，微电机系统麦克风的整体的尺寸可以更微型化，可以更好地应用于产品中。并且在总振膜面积相同情况下，针对同一声压环境下，可以提升微机电系统麦克风振膜的总位移，从而提高了微机电系统麦克风的灵敏度。

参照图6，示出了本发明的一种微机电系统麦克风实施例二的结构示意图，具体可以包括：具有一个声腔110的基板100，多个振膜结构200和背板300。

在实际应用中，基板100的一侧的边缘为凸缘，形成一个声腔110，该声腔110为共用声腔110，全部振膜结构200采用同一个声腔110。通过该声腔110传递全部振膜结构200的振动。基板100上设置有通孔，在基板100的另一侧，振膜结构200与通孔连接，以实现振膜结构200的安装。即在一块基板100上同时安装有多个振膜结构200。

多个振膜结构200的尺寸相同，为微米尺寸级别大小。多个振膜结构200阵列式分布在基板100上。基板100上的多个振膜结构200通过坚固耐磨的材料连接。

在发明的一可选实施例中，所述振膜结构200为绝缘材质。

在实际应用中，可以采用绝缘材质制成振膜结构200。需要说明的是，为了可以令振膜结构200的材质可以更多元化，也可以是低导电性的材质，本发明实施例对此不作限定。

在发明的一可选实施例中，振膜结构200上可以设置有环形的褶皱220。褶皱220又称为纹膜，具体可以设置在振膜结构200的外边缘，为振膜结构200提供一个更大纵向振动行程，使得微机电系统麦克风的灵敏度可以提高。用于在振膜结构200振动时，缓冲振膜结构200的振动，使得振膜结构200不易被声波破损失效；并且可以对振膜结构200进行复位，令振膜结构200恢复初始收音所在的位置。

环形的褶皱220中每一圈褶皱220的大小相同，对于褶皱220的圈数，可以通过仿真的方式进行确定，本发明对此不作具体限定。在本发明的一优选示例中，褶皱220的圈数为十圈，以提高灵敏度。褶皱220的材质与振膜的材质相同，在加工工艺时，可以一体化制造生成。

参照图7，示出了本发明的一种微机电系统麦克风实施例二的结构俯视图。在发明的一可选实施例中，振膜结构200上可以设置有泄气孔210，该泄气孔210为微小气孔，可以在振膜结构200的圆周方向上均匀的分布。对于泄气孔210的数量可以根据性能需求进行设置，如8个、12个、16个等等，对此不作限定。需要说明的是，一个振膜结构200上设置有多个泄气孔210。多个振膜结构200中，每一个振膜结构200上可以设置相同数量的泄气孔210，也可以根据振膜结构200所在的位置不同，对不同的振膜结构200设置不同数量的泄气孔210。在本发明的一示例中，多个振膜结构200上的泄气孔210数量相同，泄气孔210的排布方式相同，以便于提高振膜结构200的加工便利性。此外，泄气孔210的尺寸可以根据振膜结构200的性能确定，对于泄气孔210具体的尺寸本发明实施例不作限定。

泄气孔210具有气阀的功能，外界传播的声波会作用在振膜结构200上形成声压，当振膜结构200未受到声压的作用或声压小于预设阈值时，基板100上的多个振膜结构200上的微小泄气孔210不打开，处于封闭的状态，使得较小的声波也可以被微机电系统麦克风收音。当作用于振膜结构200的声压大于或等于预设阈值时，泄气孔210被打开，处于开放状态，由声压引发的气体流动可以通过振膜结构200的泄气孔210进入声腔110。使得在处于微弱声音环境，或者较远距离传来的声音的场景下，振膜结构200可以敏锐地接收到声压变化，且降低吸膜现象的发生，振膜结构200更不易破损失效，从而达到更高的灵敏度。

振膜结构200安装在基板100上后，可以在振膜结构200上覆盖背板300。使得声波可以在背板300和振膜结构200上来回传播，实现收音的功能。具体地，背板300的数量可以与振膜结构200的数量相同，即背板300与振膜结构200一一对应。每个背板300覆盖与其对应的振膜结构200，每个背板300覆盖不同的振膜结构200。每个背板300之间相互连接。背板300的材质可以根据需求进行选择。在本发明的一实施例中，背板300为半导体材质。如背板300为硅材质，对于多块背板300可以采用同一块硅晶圆，在该硅晶圆的刻蚀工艺中，刻蚀出多块背板300，背板300之间采用使用一定材料连接背板。也可以在刻蚀出背板300后，采用其他耐磨材质将背板300之间连接。每个背板300的尺寸与其对应的振膜结构200匹配，即振膜结构200的尺寸越大，背板300的尺寸越大，反之亦然。

在本发明实施例中，通过使用多个独立的振膜结构200在基板100上阵列排布，并且配合共用的声腔110，满足微机电系统麦克风功能使用；阵列密排在基板100上的多个单独的可以进行声电转化的振膜结构200，无论声音由何种方向传播均可以减小相位差对声波的影响，提高微机电系统麦克风的灵敏度；在振膜结构200上设置褶皱220，振膜结构200的振动幅度增大，提高了振膜性能，进一步地提高微机电系统麦克风的灵敏度；并且多个阵列振膜结构200上设置多个泄气孔210，在在微弱声音，或者较远距离传来的声音的场景下，振膜结构200可以敏锐的接收到声压的变化，降低吸膜现象的发生，振膜结构200不易破损失效，从而达到更高的灵敏度，更好的传声效果。

参照图8，示出了本发明的一种微机电系统麦克风实施例三的结构示意图，具体可以包括：具有单个声腔110的基板100、多个振膜结构200和一个背板300。

背板300的一侧上具有单个开放式的声腔110，多个振膜结构200共用该声腔110。在背板300的另一侧设置通孔，多个振膜结构200与对应的通孔连接固定在基板100上。

多个振膜结构200阵列分布在基板100的同一侧面上。多个振膜结构200的尺寸和性能相同。

在振膜结构200上覆盖有背板300。在本发明实施例中，背板300数量为一个，为共用背板300，背板300上阵列排布的多个振膜结构200共用同一个背板300。背板300半径尺寸为微米级别，厚度为纳米级别。在背板300制造加工时，可以采用一个硅晶圆，直接在硅晶圆刻蚀出整体的背板300，通过共用背板300的方式，可以减少在背板300上进行阵列刻蚀的工艺，提高了背板300的加工便利性。此外，对于背板300的外形，包括但不限于圆形、六边形、矩形中的一种，可以根据需求设计成规则的图形或者不规则图形。

在本发明的一实施例中，背板300上还可以设置有多个阻尼孔310。其中，该阻尼孔310为密集的细孔，其数量与尺寸与振膜结构200相适应。阻尼孔310又称声学孔，用于传递声波。降低空气阻尼对振膜的影响，提高微机电系统麦克风的性能。

本发明实施例通过在同一基板100上设置多个独立的振膜结构200和共用声腔110，振膜结构200阵列密排布，使得各个方向传播的声音均可以减少相位差对声音产生影响，提高微电机系统麦克风的灵敏度；微电机系统麦克风的整体的尺寸可以更微型化，可以更好地应用于产品中。并且在总振膜面积相同情况下，针对同一声压环境下，可以提升微机电系统麦克风振膜的总位移，从而提高了微机电系统麦克风的灵敏度；通过共用声腔110和共用背板300的方式，使得微机电麦克风在制造过程中，可以减少部分加工工艺，简化加工流程，降低微机电系统麦克风的制造加工成本和提高加工制造的便利性。

为了使本领域技术人员能够更好地理解本发明实施例，下面通过一个示例对本发明实施例加以说明：

参照图9，示出本发明一种微机电系统麦克风示例的轴侧图；参照图10，示出本发明一种微机电系统麦克风示例的主视图；参照图11，示出本发明一种微机电系统麦克风示例的侧视图；

在本示例中，在基板100的一侧上，蜂窝式阵列分布19个振膜结构200，19个振膜结构200紧密排布。19个振膜结构200中，每个振膜结构200上有一定圈数的褶皱220设计。在19个振膜结构200上覆盖有一背板300，背板300上具有一定数量的阻尼孔310，阻尼孔310会集中设置在振膜结构200上方。

进一步参照图12，本发明的一种微机电系统麦克风示例的局部放大图。

在本示例中，是采用独立声腔110的结构，在每一个振膜结构200的下方设置对应的声腔110。基板100下方具有19个声腔110。

本发明实施例还公开了一种麦克风阵列，包括如上所述的微机电系统麦克风，多个微机电系统麦克风共同收音。

本发明实施例还公开了一种电子设备，包括如上所述的微机电系统麦克风。微机电系统麦克风用于收集外界环境声音，转换为电信号输入至电子设备，电子设备基于该电信号进行数据处理。其中，电子设备包括但不限于，移动录音设备，如录音笔；通信终端，如手机、录音机，对讲机；如收音器，如话筒；个人移动计算机，如平台电脑。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种微机电系统麦克风、一种麦克风阵列和一种电子设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (15)

1.一种微机电系统麦克风，其特征在于，包括：

具有声腔的基板，所述基板上设置有通孔；

多个阵列式分布的振膜结构，所述振膜结构与所述通孔连接；

覆盖所述振膜结构的背板。

2.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述振膜结构上设置有泄气孔，

所述泄气孔在声压大于预设阈值时打开。

3.根据权利要求1或2所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述振膜结构上设置有环形的褶皱，

所述环形的褶皱用于提供所述振膜结构的振动行程。

4.根据权利要求3所述的微机电系统麦克风，其特征在于，

所述褶皱的圈数为十圈。

5.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述背板的数量为一个，所述振膜结构共用所述背板。

6.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述背板的数量与所述振膜结构的数量相同，

所述背板覆盖对应的振膜结构；

所述背板之间相互连接。

7.根据权利要求1或4或5所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述背板上设置有阻尼孔，

所述阻尼孔用于缓冲所述振膜结构的压差。

8.根据权利要求1或4或5所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述声腔的数量与所述振膜结构的数量相同，

所述声腔用于传递对应振膜结构的振动。

9.根据权利要求1或4或5所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述声腔的数量为一个，

所述声腔用于传递所述振膜结构的振动。

10.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其特征在于，所述阵列式分布包括蜂窝式阵列、环形阵列和矩形阵列中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其特征在于，

所述背板为圆形、或矩形、或六边形。

12.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其特征在于，

所述背板为半导体材质。

13.根据权利要求1所述的微机电系统麦克风，其特征在于，

所述振膜结构为绝缘材质。

14.一种麦克风阵列，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的微机电系统麦克风。

15.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的微机电系统麦克风。